JP3398275B2 - 内燃機関の空燃比センサ - Google Patents
内燃機関の空燃比センサInfo
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Description
に装着して該機関に供給される混合気の空燃比と密接な
関係にある排気中の酸素等特定成分の濃度に感応して空
燃比を測定する空燃比センサに関し、特に、触媒下流の
排気管に設けられる空燃比センサに関する。
ルコニア等よりなるセンサ素子を機関排気中に臨ませ
て、大気中の酸素濃度(一定)と排気中の酸素濃度との
比に基づいて発生する起電力を取り出し、これにより、
排気中の酸素濃度を介して機関に吸入される混合気の空
燃比(リッチ/リーン)を検出するもので、空燃比フィ
ードバック制御に用いられている(実開昭63−417
61号公報等参照)。
ば図4に示すような構造を有したセラミック管型の酸素
センサがある。この酸素センサ11は、ホルダ12の先端部
に、センサ素子としてのセラミック管13を保持させ、こ
れを排気を導入するための通気用開口部14aを有するプ
ロテクタ14によって覆ってある。図5は、センサ素子の
構造の一例を詳細に示したものである(特開昭58−2
04−365号公報等参照)。先端部を閉塞した酸化ジ
ルコニウム(ZrO2 )を主成分としたセラミック管13
の内表面と外表面との各一部には白金(Pt)ペースト
を塗布した後、セラミック管13を焼成することで、起電
力取り出し用の白金電極15、16をそれぞれ形成してあ
る。セラミック管13の外表面には、更に白金を蒸着して
触媒層17を形成し、その上からマグネシウムスピネル等
の金属酸化物を溶射して、保護層18を形成してある。
気体として大気が導かれるようにする一方、セラミック
管13の外側を機関排気通路に臨ませて被検出気体である
排気と接触させ、内表面に接触する大気中の酸素濃度と
外表面に接触する排気中の酸素濃度との比に応じた電圧
を白金電極15、16間に発生させることにより、排気中の
酸素濃度を検出するものである。
素の酸化反応を促進し、濃混合気で燃焼させた時にその
部分に残存する低濃度の酸素を一酸化炭素や炭化水素と
良好に反応させて酸素濃度をゼロに近くし、セラミック
管13内外の酸素濃度比を大きくして、大きな起電力を発
生させる。逆に、希薄混合気で燃焼させた時には、排気
中に高濃度の酸素と低濃度の一酸化炭素や炭化水素が存
在する。このため、白金触媒層17の作用による酸化反応
後にもまだ酸素が余り、セラミック管13内外の酸素濃度
比は小さくなるので、ほとんど起電力は発生しない。
気浄化用触媒の上流側に設けるのが一般的であるが、特
開昭62−223433号公報等に開示されるような空
燃比制御システムにおいては、図6に示すように、触媒
19の上流側および下流側の両方に、それぞれ酸素センサ
11を設けて空燃比を制御するようにしている。このよう
な場合、触媒の下流側では排気温度が低いため、図4に
示すように、酸素センサ11を加熱・活性化させるために
棒状のヒータ20をセンサ素子であるセラミック管13の空
洞内に配置して、所定の運転条件でヒータ20に通電して
セラミック管13を加熱するようにしている。
19を通過する際に冷却され、特に機関始動直後の低温時
にはこの水蒸気が凝縮し、触媒19下流側で水滴になると
いう現象が生じている。そして、これらの水蒸気や水滴
がプロテクタ14の通気用開口部14aから侵入し、ヒータ
20で十分な活性温度にまで暖められているセラミック管
13に付着すると、熱衝撃が発生して素子割れの生じる原
因となっていた。
に示すように、プロテクタ14の通気用開口部14aの面積
を必要最小限に抑えることで、プロテクタ14内への水の
侵入を可及的に防止する構造としていた。
うな従来の空燃比センサでは、プロテクタの通気用開口
部の面積が小さいため、プロテクタ内にガスが滞留して
入れ換わりが遅く、排気の変化に対するセンサの応答性
が鈍くなるという問題点があった。このため、前述した
空燃比制御システムの制御周波数を上げることができな
いという問題も生じていた。
して直接センサ素子が覗ける構造になっているため、通
気用開口部に水が直接当たるような場合には、プロテク
タ内に水が侵入する可能性もあり、センサ素子を完全に
保護することができないという問題点もあった。さら
に、プロテクタ内部への水の侵入は、センサ素子の直接
的な損傷(割れ)には到らないまでも、水に溶解してい
るS、Fe 、Ca 、Zn 等がセンサ素子表面の保護層に
付着することにより該保護層の目詰まりを引き起こす場
合があり、この目詰まりにより保護層を通過する排気の
通過量が制限され、センサの応答性に悪影響を及ぼし、
センサ特性の劣化につながるといった問題点もあった。
センサ素子を確実に保護しつつ、優れた応答性を有する
空燃比センサを提供することを目的とする。
る発明では、機関の排気系のうち排気浄化用触媒の下流
側に介装され、排気流通可能に形成した略筒状のプロテ
クタにより覆われて排気中に臨むセンサ素子部により排
気中の特定成分の濃度に感応して機関に供給される混合
気の空燃比を検出する内燃機関の空燃比センサにおい
て、前記プロテクタを内外二重筒構造とし、内筒と外筒
とのそれぞれの周壁面に通気用開口部を設け、前記内筒
と前記外筒とを、前記外筒の通気用開口部が前記内筒の
壁面に対応し、かつ前記内筒の通気用開口部が前記外筒
の壁面に対応するように前記内筒及び外筒の基端部が重
なり合う状態で、センサ素子部のホルダ先端に形成され
た突起部にはめ込むとともに、この嵌合部において外周
全体に渡ってレーザ溶接して前記ホルダに固定したこと
を特徴とする。
センサ素子に当たることを防止するとともに、プロテク
タとホルダとの間で防水性を向上させる。また、請求項
2に係る発明では、前記外筒の通気用開口部と前記内筒
の通気用開口部とは、同形状の孔が同数ずつ、同一の規
則に従って配列されたものであることを特徴とし、通気
用開口部をプロテクタの外筒と内筒との周壁に均一に配
置する。
の通気用開口部の面積と前記内筒の通気用開口部の面積
とは、共にそれぞれの周壁の表面積の5〜10%の範囲で
あることを特徴とし、センサ素子の保護に支障のない範
囲内で通気用開口部の面積を拡大する。
に基づいて説明する。図1は本発明の空燃比センサ(酸
素センサ)1の構造を示す断面図である。機関排気管に
取り付けられるホルダ2の先端部に、センサ素子として
のセラミック管3を保持させ、これをプロテクタ4によ
って覆ってある。このセラミック管3の構造およびその
内部に設置されるヒータ(図示せず)等は、図4に示し
た従来のものと同様である。
ある。このプロテクタ4は内外二重筒構造を成し、内筒
5の周壁には、周囲複数箇所から排気を取り入れるため
に、通気用開口部としての排気取入孔6が所定数だけ規
則的に設けてある。図2に示した例では、直径2mmの丸
孔を軸線方向に3つ穿孔し、これを周方向に6列設ける
ことにより、計18個の排気取入孔6を配設してある。
孔8を同数だけ同様の規則に従って設けてあるが、内筒
5の排気取入孔6とは位置をずらし、内筒5の排気取入
孔6が外筒7の壁面に対応し、外筒7の排気取入孔8が
内筒5の壁面に対応するように配設してある。これによ
り、排気はプロテクタ4の外筒7の排気取入孔8から取
り入れられ、内筒5との環状の隙間を通過して、内筒5
の排気取入孔6からその内部空間へ導かれる。そして、
セラミック管3に接触した後、逆の経路をたどって外部
へ排出される。
を大きくとれるため、プロテクタ4内外の気体の流通が
円滑・迅速に行われる。また、プロテクタ4によって覆
われるセラミック管3を外部から直接覗くことはでき
ず、排気管内に発生した水が直接セラミック管3に当た
ることがなくなる。従って、空燃比センサ1の活性化の
ためにセラミック管3がヒータによって加熱されている
場合でも、熱衝撃を防止するとともに、水に含まれる不
純物のセラミック管3への付着をなくして、空燃比セン
サ1の延命を図ることができる。
締め加工により固定されていたが、これを全周レーザ溶
接等によって固定することで、より防水性を高めること
ができる。プロテクタ4の半径方向から見たときに内筒
5の排気取入孔6と外筒7の排気取入孔8とが重ならな
いようにするためには、その開口面積の上限が制限され
るが、プロテクタ4内部の換気性をも考慮して、排気取
入孔6の合計面積および排気取入孔8の合計面積を、そ
れぞれの周壁面の表面積の5〜10%にするのが望まし
い。
積に対する通気用開口部の面積の比率と空燃比制御シス
テムの制御周波数との関係を表すグラフであり、実線A
は本発明の空燃比センサを用いた場合を、破線Bは従来
の空燃比センサを用いた場合を示している。通気用開口
部の面積比が小さい領域に制限された従来の空燃比セン
サでは、点bのように、制御周波数も頭打ちになってい
る。一方、本発明の空燃比センサでは、同一開口面積比
においては、通気抵抗の少ない従来の空燃比センサより
もやや劣るものの、開口面積比を大きくとることができ
るため、例えば点aのように、結果的により高い制御周
波数を実現することが可能となっている。
明によれば、外部から直接センサ素子を覗くことができ
ないため、排気管内に発生した水が、活性化のために加
熱されたセンサ素子に直接当たることはなく、熱衝撃に
よる損傷を防止することができ、水に含まれる不純物に
よるセンサ特性の劣化も防止できるという効果がある。
また、通気用開口部を大きくとることができるので、プ
ロテクタ内外の気体の流通が円滑になり、空燃比制御シ
ステムの制御周波数を高くしても、それに追随した有効
な応答を得ることができるという効果がある。さらに、
プロテクタを構成する内筒と外筒とをレーザにより全周
に渡って溶接したため、防水性を高めることができる。
用開口部をプロテクタの外筒と内筒との周壁に均一に配
置することで、通気抵抗を減少させ、プロテクタ内部へ
の排気の流入と排出とをスムーズにし、空燃比制御シス
テムのより高い制御周波数を実現できるという効果があ
る。また、空燃比センサの排気管への取り付け方に影響
されず、正確なデータ検出が可能になるという効果もあ
る。
サ素子の保護と通気用開口部の面積拡大とを高いレベル
で両立させることができるという効果がある。
通気用開口部の面積の比率と空燃比制御システムの制御
周波数との関係を表すグラフ
断面図
す断面図
概略図
明する断面図
Claims (3)
- 【請求項1】機関の排気系のうち排気浄化用触媒の下流
側に介装され、排気流通可能に形成した略筒状のプロテ
クタにより覆われて排気中に臨むセンサ素子部により排
気中の特定成分の濃度に感応して機関に供給される混合
気の空燃比を検出する内燃機関の空燃比センサにおい
て、 前記プロテクタを内外二重筒構造とし、内筒と外筒との
それぞれの周壁面に通気用開口部を設け、前記内筒と前
記外筒とを、前記外筒の通気用開口部が前記内筒の壁面
に対応し、かつ前記内筒の通気用開口部が前記外筒の壁
面に対応するように前記内筒及び外筒の基端部が重なり
合う状態で、センサ素子部のホルダ先端に形成された突
起部にはめ込むとともに、この嵌合部において外周全体
に渡ってレーザ溶接して前記ホルダに固定したことを特
徴とする空燃比センサ。 - 【請求項2】前記外筒の通気用開口部と前記内筒の通気
用開口部とは、同形状の孔が同数ずつ、同一の規則に従
って配列されたものであることを特徴とする請求項1記
載の空燃比センサ。 - 【請求項3】前記外筒の通気用開口部の面積と前記内筒
の通気用開口部の面積とは、共にそれぞれの周壁の表面
積の5〜10%の範囲であることを特徴とする請求項1ま
たは請求項2記載の空燃比センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01996996A JP3398275B2 (ja) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | 内燃機関の空燃比センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01996996A JP3398275B2 (ja) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | 内燃機関の空燃比センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09210952A JPH09210952A (ja) | 1997-08-15 |
JP3398275B2 true JP3398275B2 (ja) | 2003-04-21 |
Family
ID=12014029
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP01996996A Expired - Lifetime JP3398275B2 (ja) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | 内燃機関の空燃比センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3398275B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102967627B (zh) * | 2012-10-19 | 2014-12-03 | 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 | 催化式氢气传感器 |
-
1996
- 1996-02-06 JP JP01996996A patent/JP3398275B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09210952A (ja) | 1997-08-15 |
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